一種鋰亞硫酰氯電池組管理系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鋰亞硫酰氯電池組管理系統(tǒng)，包括鋰亞硫酰氯電池組，所述鋰亞硫酰氯電池組管理系統(tǒng)還包括：電流測(cè)量單元，所述電流測(cè)量單元測(cè)量電流信號(hào)，并將測(cè)量結(jié)果傳遞給分析單元；分析單元，所述分析單元變周期采集所述測(cè)量結(jié)果并得到電流值，根據(jù)所述電流值獲得電池容量損耗。本發(fā)明還提供了一種鋰亞硫酰氯電池組管理方法。本發(fā)明具有電池電量預(yù)測(cè)準(zhǔn)確、電池工作時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種鋰亞硫酰氯電池組管理系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電池組管理系統(tǒng)及方法，尤其是一種鋰亞硫酰氯電池組管理系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰亞硫酰氯(Li/S0CL2)電池是各類鋰電池中比能量最高的一種電池，實(shí)際比能量可達(dá)660kwh/kg。此外，鋰亞硫酰氯電池還具有放電電壓平穩(wěn)、適用溫度范圍寬等突出優(yōu)點(diǎn)。由于鋰亞硫酰氯(Li/S0CL2)電池的這些突出優(yōu)點(diǎn)，此類電池特別適合用于長(zhǎng)期在線工作的遠(yuǎn)程測(cè)量?jī)x表、遙測(cè)儀器等設(shè)備中。
[0003]遠(yuǎn)程測(cè)量?jī)x表一般需要依靠電池供電I年甚至更長(zhǎng)時(shí)間，但電池電量有限，為滿足遠(yuǎn)程測(cè)量?jī)x表的持續(xù)不間斷工作，需要定期更換電池，以保證所有儀表有持續(xù)的供電。如果遠(yuǎn)程測(cè)量?jī)x表能夠準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)電池的剩余電量并預(yù)測(cè)剩余工作時(shí)間，并且盡量延長(zhǎng)電池的供電時(shí)間對(duì)于維護(hù)遠(yuǎn)程測(cè)量?jī)x表具有重要意義。因此一個(gè)能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)電池剩余電量并且能夠盡量延長(zhǎng)電池使用時(shí)間的鋰亞硫酰氯電池管理系統(tǒng)非常重要。
[0004]然而，遠(yuǎn)程測(cè)量?jī)x表的工作特點(diǎn)和鋰亞硫酰氯電池的固有特性使得此類電池組管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得相當(dāng)困難。以下3個(gè)因素造成了此類電池電量預(yù)測(cè)的難題。
[0005]首先，從遠(yuǎn)程測(cè)量?jī)x表的工作特點(diǎn)來(lái)講，為了降低功耗，遠(yuǎn)程測(cè)量?jī)x表一般會(huì)周期性休眠和喚醒，它的工作電流是動(dòng)態(tài)變化的，喚醒階段的工作電流遠(yuǎn)高于休眠階段，但喚醒階段的工作時(shí)間卻遠(yuǎn)小于休眠階段；
[0006]其次，鋰亞硫酰氯電池特性的放電曲線十分平緩，在90%的電量放出之前，電壓都維持在3.6V以上，而后，隨著電壓的進(jìn)一步降低，電池電壓開始急劇下降，遠(yuǎn)程測(cè)量?jī)x表無(wú)法根據(jù)電池電壓及時(shí)發(fā)出低電量報(bào)警；
[0007]最后，鋰亞硫酰氯電池用于低功耗儀表，電池本身的溫度與電池所處環(huán)境溫度基本相同，此類電池的自放電率隨環(huán)境溫度的變化波動(dòng)很大。在常溫下年自放電率不到2%，而在50°C高溫下，年自放電率可以高達(dá)6%，對(duì)于工作在野外的遠(yuǎn)程儀表來(lái)說(shuō)，溫度條件十分極端，進(jìn)一步加大了電池電量預(yù)測(cè)的難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供了 一種既能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)鋰亞硫酰氯電池剩余電量，又能延長(zhǎng)電池使用時(shí)間的鋰亞硫酰氯電池組管理系統(tǒng)及方法。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0010]一種鋰亞硫酰氯電池組管理系統(tǒng)，其特點(diǎn)是:所述鋰亞硫酰氯電池組管理系統(tǒng)包括:
[0011]電流測(cè)量單元，所述電流測(cè)量單元測(cè)量所述電池組所處電路中的電流信號(hào)，并將測(cè)量結(jié)果傳遞給分析單元；
[0012]分析單元，所述分析單元變周期采集所述測(cè)量結(jié)果并得到電流值，根據(jù)所述電流值獲得電池容量損耗。
[0013]進(jìn)一步，所述分析單元根據(jù)所述電流采用電流積分法獲得電池容量損耗。
[0014]進(jìn)一步，所述分析單元在所述鋰亞硫酰氯電池組待機(jī)時(shí)采用較低的頻率采樣，運(yùn)行時(shí)采用較高的頻率采樣。
[0015]進(jìn)一步，所述鋰亞硫酰氯電池組管理系統(tǒng)還包括
[0016]溫度測(cè)量單元，所述溫度測(cè)量單元包括溫度傳感器，所述溫度傳感單元測(cè)量鋰亞硫酰氯電池組所處的環(huán)境溫度并將測(cè)量得到的溫度信息傳遞給分析單元；
[0017]所述分析單元根據(jù)所述溫度信息得到鋰亞硫酰氯電池組的自放電率；并根據(jù)電池額定容量、所述自放電率、所述電池容量損耗獲得電池剩余容量。
[0018]進(jìn)一步，所述分析單元根據(jù)所述電池剩余容量獲得電池續(xù)航時(shí)間。
[0019]進(jìn)一步，所述分析單元根據(jù)所述電池剩余容量獲得所述電池組當(dāng)前運(yùn)行功耗，并根據(jù)所述當(dāng)前運(yùn)行功耗得到電池續(xù)航時(shí)間。
[0020]進(jìn)一步，根據(jù)當(dāng)前周期所在時(shí)間段內(nèi)的m個(gè)周期對(duì)應(yīng)的功耗得到平均功耗，并將所述平均功耗作為電池組當(dāng)前運(yùn)行功耗，m為自然數(shù)。
[0021 ] 進(jìn)一步，所述鋰亞硫酰氯電池組還包括:
[0022]電池?cái)_動(dòng)恢復(fù)單元，所述電池?cái)_動(dòng)恢復(fù)單元在所述電池組進(jìn)行微電流工作模式時(shí)周期性提供電流脈沖。
[0023]進(jìn)一步，鋰亞硫酰氯電池組管理系統(tǒng)還包括電壓采集單元。
[0024]進(jìn)一步，所述分析單元根據(jù)電流采集單元的采集結(jié)果及事先設(shè)定的過(guò)流值對(duì)電路進(jìn)行短路/過(guò)流保護(hù)。
[0025]本發(fā)明還提供了一種鋰亞硫酰氯電池組管理方法，包括以下步驟:
[0026]電流采集單元變周期采集鋰亞硫酰氯電池組所處電路中的電流信號(hào)，并將采集結(jié)果傳遞給分析單元；
[0027]所述分析單元根據(jù)所述采集結(jié)果得到電流值，并通過(guò)所述電流值獲得電池容量損耗。
[0028]進(jìn)一步，所述分析單元根據(jù)所述電流采用電流積分法獲得電池容量損耗。
[0029]進(jìn)一步，所述電流采集單元在所述鋰亞硫酰氯電池組待機(jī)時(shí)采用較低的頻率采樣，運(yùn)行時(shí)采用較高的頻率采樣。
[0030]進(jìn)一步，測(cè)量鋰亞硫酰氯電池組所處的環(huán)境溫度；根據(jù)所述環(huán)境溫度得到鋰亞硫酰氯電池組的自放電率，并根據(jù)電池額定容量、所述自放電率、所述電池容量損耗獲得電池剩余容量。
[0031]進(jìn)一步，所述分析單元根據(jù)所述電池剩余容量獲得電池續(xù)航時(shí)間。
[0032]進(jìn)一步，所述分析單元根據(jù)所述電池剩余容量獲得所述電池組當(dāng)前運(yùn)行功耗，并根據(jù)所述當(dāng)前運(yùn)行功耗得到電池續(xù)航時(shí)間。
[0033]進(jìn)一步，根據(jù)當(dāng)前周期所在時(shí)間段內(nèi)的前m個(gè)周期對(duì)應(yīng)的功耗得到平均功耗，并將所述平均功耗作為電池組當(dāng)前運(yùn)行功耗，m為自然數(shù)。
[0034]進(jìn)一步，在所述電池組進(jìn)行微電流工作模式時(shí)周期性提供電流脈沖。
[0035]本發(fā)明還提供了一種根據(jù)上述所述的鋰亞硫酰氯電池組管理系統(tǒng)或管理方法在遠(yuǎn)程測(cè)量?jī)x表中的應(yīng)用。[0036]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:
[0037]1、本發(fā)明通過(guò)對(duì)不同工作狀態(tài)下的電流進(jìn)行變周期采樣，采樣值覆蓋了儀表運(yùn)行的各階段，可以更加準(zhǔn)確的計(jì)量電池容量損耗，從而準(zhǔn)確預(yù)測(cè)剩余電量。
[0038]同時(shí)，電池剩余電量的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，使得電池續(xù)航時(shí)間的獲得更準(zhǔn)確，使得系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)出電池組低電量預(yù)警，工作人員根據(jù)語(yǔ)境信號(hào)及時(shí)更換電池組，保證儀表的連續(xù)運(yùn)行。
[0039]對(duì)于遠(yuǎn)程測(cè)量?jī)x表來(lái)說(shuō)，這種對(duì)電流變周期采樣進(jìn)而獲得剩余電量和續(xù)航時(shí)間的手段更加適用其周期性的休眠和喚醒的工作模式，使得工作人員對(duì)遠(yuǎn)程儀表剩余電量的監(jiān)控更加方便和準(zhǔn)確。
[0040]2、本發(fā)明通過(guò)對(duì)溫度相關(guān)的自放電率補(bǔ)償，按周期更新自放電率帶來(lái)的電量損失，使得電池電量的預(yù)測(cè)不再受溫度條件的限制，使得處于溫度極端條件下的遠(yuǎn)程儀表的電池電量的預(yù)測(cè)更加準(zhǔn)確，極大地方便了遠(yuǎn)程儀表的電池電量預(yù)測(cè)。
[0041]3、本發(fā)明通過(guò)對(duì)電池定期施加擾動(dòng)恢復(fù)負(fù)載來(lái)消除電池電壓滯后帶來(lái)的影響，不依賴于特殊材料和特殊復(fù)雜工藝，成本更低、更易實(shí)現(xiàn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0042]圖1為實(shí)施例1中鋰亞硫酰氯電池組管理系統(tǒng)框圖；
[0043]圖2為實(shí)施例1中工作電流與采樣示意圖；
[0044]圖3為實(shí)施例2中鋰亞 硫酰氯電池組管理系統(tǒng)框圖；
[0045]圖4為實(shí)施例2中鋰亞硫酰氯電池自放電率溫度曲線圖；
[0046]圖5為實(shí)施例4中鋰亞硫酰氯電池組管理系統(tǒng)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047]實(shí)施例1
[0048]請(qǐng)參閱圖1，一種鋰亞硫酰氯電池組管理系統(tǒng)，包括鋰亞硫酰氯電池組、電流測(cè)量單元I和分析單元21。
[0049]本實(shí)施例的電池組為ER34615電池2串3并共57000mAH，電壓7.2V。
[0050]所述電流測(cè)量單元I包括串入電池組供電出口的小阻值電阻Rs、放大電路11及ADC采樣器12，所述ADC采樣器12與分析單元21相連；
[0051]分析單元21按照設(shè)定的周期變周期讀取所述ADC采樣器12的采樣電壓值。
[0052]根據(jù)儀器/儀表的周期性運(yùn)行規(guī)律將電流分為兩個(gè)部分一待機(jī)和運(yùn)行，待機(jī)電流非常小且比較穩(wěn)定，運(yùn)行電流大且變化較大，兩者相差可達(dá)千倍以上。
[0053]進(jìn)一步，請(qǐng)參閱圖2，所述分析單元21在所述鋰亞硫酰氯電池組待機(jī)時(shí)采用較低的頻率(f\)采樣，運(yùn)行時(shí)采用較高的頻率(f2)采樣，此處所述的較低的頻率(f\)和較高的頻率(?)是相對(duì)而目的。
[0054]本實(shí)施例還提供了一種鋰亞硫酰氯電池組管理方法，用于遠(yuǎn)程儀表中，包括以下步驟:
[0055]A、提供本實(shí)施例的鋰亞硫酰氯電池組管理系統(tǒng)；
[0056]B、所述電流測(cè)量單元I測(cè)量電流信號(hào)并將測(cè)量結(jié)果傳遞給分析單元21:[0057]所述小阻值電阻Rs兩端產(chǎn)生的電壓差值(Rs*iit)送入放大電路(放大倍數(shù)為G)進(jìn)行放大，之后送入ADC采樣器12讀取電壓值，并將結(jié)果傳遞給分析單元21。
[0058]C、所述分析單元21變周期采集所述測(cè)量結(jié)果并得到電流值，根據(jù)所述電流值獲得電池容量損耗:
[0059]Cl、計(jì)算電流
[0060]分析單元21在所述鋰亞硫酰氯電池組待機(jī)時(shí)采用較低的頻率(f\)、運(yùn)行時(shí)采用較高的頻率(f2)，讀取所述ADC采樣器12的采樣電壓值。
[0061]所述分析單元21讀取ADC采樣器12的采樣值Vit，即放大G倍的Rs*iit，最后根據(jù)放大倍數(shù)和采樣電阻阻值計(jì)算負(fù)載電流:iit=vit/(G*Rs)；
[0062]請(qǐng)參閱圖2，待機(jī)電流約為50uA，運(yùn)行電流為I~100mA。待機(jī)時(shí)放大倍數(shù)采用Gl=2*104，運(yùn)行時(shí)選取G2=l*102，小電阻Rs=0.1歐。則待機(jī)負(fù)載電流:iit = 0.5*vit(mA)，運(yùn)行負(fù)載電流:iit=100*vit(mA)。
[0063]C2、計(jì)算電池容量損耗
[0064]本實(shí)施例的電池容量損耗C；(n)為電池自身?yè)p耗的容量。
[0065]根據(jù)儀器儀表的運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行電流采樣，并將采樣值與采樣間隔的乘積作累加即得總采樣時(shí)間內(nèi)消耗的電池容量，即電池容量損耗。
[0066]進(jìn)一步，所述分析單元根據(jù)所述電流采用電流積分法獲得電池容量損耗。
[0067]電池容量損耗由以下公式計(jì)算:
【權(quán)利要求】
1.一種鋰亞硫酰氯電池組管理系統(tǒng)，其特征在于:所述鋰亞硫酰氯電池組管理系統(tǒng)包括: 電流測(cè)量單元，所述電流測(cè)量單元測(cè)量所述電池組所處電路中的電流信號(hào)，并將測(cè)量結(jié)果傳遞給分析單元； 分析單元，所述分析單元變周期采集所述測(cè)量結(jié)果并得到電流值，根據(jù)所述電流值獲得電池容量損耗。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰亞硫酰氯電池組管理系統(tǒng)，其特征在于:所述分析單元在所述鋰亞硫酰氯電池組待機(jī)時(shí)采用較低的頻率采樣，運(yùn)行時(shí)采用較高的頻率采樣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰亞硫酰氯電池組管理系統(tǒng)，其特征在于:所述鋰亞硫酰氯電池組管理系統(tǒng)還包括: 溫度測(cè)量單元，所述溫度傳感單元測(cè)量鋰亞硫酰氯電池組所處的環(huán)境溫度并將測(cè)量得到的溫度信息傳遞給分析單元； 所述分析單元根據(jù)所述溫度信息得到鋰亞硫酰氯電池組的自放電率；并根據(jù)電池額定容量、所述自放電率、所述電池容量損耗獲得電池剩余容量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋰亞硫酰氯電池組管理系統(tǒng)，其特征在于:所述分析單元根據(jù)所述電池剩余容量獲得所述電池組當(dāng)前運(yùn)行功耗，并根據(jù)所述當(dāng)前運(yùn)行功耗得到電池續(xù)航時(shí)間。
5.一種鋰亞硫酰氯電池組管理方法，包括以下步驟: 變周期采集鋰亞硫酰氯電池組所處電路中的電流信號(hào)，并根據(jù)采集結(jié)果得到電流值；根據(jù)所述電流值獲得電池容量損耗。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰亞硫酰氯電池組管理方法，其特征在于:采集所述電流信號(hào)時(shí)，在所述鋰亞硫酰氯電池組待機(jī)時(shí)采用低頻采樣，運(yùn)行時(shí)采用高頻采樣。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰亞硫酰氯電池組管理方法，其特征在于:測(cè)量鋰亞硫酰氯電池組所處的環(huán)境溫度；根據(jù)所述環(huán)境溫度得到鋰亞硫酰氯電池組的自放電率，并根據(jù)電池額定容量、所述自放電率、所述電池容量損耗獲得電池剩余容量。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋰亞硫酰氯電池組管理方法，其特征在于:根據(jù)所述電池剩余容量獲得所述電池組當(dāng)前運(yùn)行功耗，并根據(jù)所述當(dāng)前運(yùn)行功耗得到電池續(xù)航時(shí)間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鋰亞硫酰氯電池組管理方法，其特征在于:根據(jù)當(dāng)前周期所在時(shí)間段內(nèi)的m個(gè)周期對(duì)應(yīng)的功耗得到平均功耗，并將所述平均功耗作為電池組當(dāng)前運(yùn)行功耗;m為自然數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰亞硫酰氯電池組管理方法，其特征在于:在所述電池組進(jìn)行微電流工作模式時(shí)周期性提供電流脈沖。
【文檔編號(hào)】G01R31/36GK103592605SQ201310571137
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】張濤, 沈旭, 趙駿, 保長(zhǎng)先 申請(qǐng)人:聚光科技(杭州)股份有限公司